Digilent Eclypse Z7. System ewaluacyjny z SoC Zynq7000 i złączami systemowymi SYZYGY (Zmod)

Digilent Eclypse Z7. System ewaluacyjny z SoC Zynq7000 i złączami systemowymi SYZYGY (Zmod)

Układy SoC powoli, ale konsekwentnie znajdują coraz szersze obszary aplikacyjne, zapewniając konstruktorom korzystającym z tych nowoczesnych architektur bezprecedensowe możliwości implementacji projektów. Połączenie elastyczności programowej i sprzętowej w jednym układzie daje konstruktorom pewność, że w projektowaniu tylko sky is the limit.

Wyłącznym, autoryzowanym dystrybutorem edukacyjnym zestawów firmy Digilent w Polsce jest firma KAMAMI, www.kamami.pl

Rodzina układów Xilinx Zynq7000 integruje w jednej strukturze 2-rdzeniowy procesor aplikacyjny bazujący na Cortex-A9MP oraz matrycę FPGA znaną z układów Artix-7. Taka konfiguracja, w połączeniu z Linuksem, szybkim Ethernetem i lokalną pamięcią DRAM o dużej pojemności, pozwalają użytkownikom integrować w ewaluowanych projektach dwa zazwyczaj rozdzielne światy: programowanego i konfigurowanego sprzętu. Jeżeli szukasz uniwersalnej platformy ewaluacyjnej – zestaw Digilent Eclypse Z7 powinien Cię zainteresować.

Eclypse Z7 w ekspresowym skrócie

Prezentowany zestaw ewaluacyjny Eclypse Z7 (fotografia tytułowa), opracowany i produkowany przez firmę Digilent, wyposażono w układ SoC oferujący użytkownikom możliwość budowy aplikacji bazujących na dwóch, zazwyczaj rozdzielnych „światach”:

  • linuksowym, uruchamianym na 2-rdzeniowym procesorze aplikacyjnym Cortex-A9MP (@667 MHz), który pozwala uruchamiać programy mające dostęp do wielu peryferii charakterystycznych dla standardowych systemów komputerowych. Są to m.in.: interfejs Ethernet 1 Gb, USB-OTG 2.0, pamięć DDRAM o pojemności 1 GB z magistralą 32-bitową. Użytkownicy mogą korzystać także z popularnych lokalnych interfejsów komunikacyjnych SPI, I2C, UART oraz CAN.
  • logiki konfigurowalnej, bazującej na nowoczesnej matrycy FPGA, której architektura bazuje na układach Xilinx Artix-7. Zastosowany w zestawie Eclypse 7 układ Z-7020 oferuje użytkownikom 85 tysięcy komórek logicznych, 4,9 Mb konfigurowalnej pamięci RAM oraz 220 wyspecjalizowanych komórek DSP.

Zestaw Eclypse Z7 wyposażono dodatkowo w dwie diody LED-RGB oraz 2 przełączniki chwilowe, które tworzą prosty interfejs użytkownika. Poszerzenie możliwości funkcjonalnych prezentowanego zestawu umożliwiają dwa złącza znanego standardu Pmod (o organizacji 2×6 pinów), nowością są natomiast dwa złącza nowego standardu SYZYGY (open source’owy standard opracowany przez Opal Kelly). Pozwalają na używanie kart rozszerzeń funkcjonalnych Zmod, przy czym dzięki zastosowaniu różnicowej transmisji danych użyte ekspandery mogą operować na sygnałach o wysokich częstotliwościach. Dodatkowymi elementami wyposażenia zestawu Eclypse Z7 są: programator-konfigurator JTAG, układ kryptograficzny ATSHA204A firmy Microchip, pamięć Flash SPI S25FL128, złącze kart MicroSD oraz mikrokontroler ATmega328, który spełnia rolę centrum sterującego pracą elementów peryferyjnych zestawu.

SYZYGY w praktyce

Istotną nowością w zestawie Eclypse Z7 jest wyposażenie go w dwa złącza standardu SYZYGY. Z założenia mają one umożliwić dołączenie kart rozszerzających, przy czym zoptymalizowano je pod kątem przesyłania szybkich sygnałów cyfrowych. Stąd możliwość transmisji poprzez każde ze złącz 8 sygnałów różnicowych oraz 12 asymetrycznych, a także możliwość synchronizacji transmisji za pomocą różnicowego sygnału zegarowego. Obydwa gniazda SYZYGY mają doprowadzone interfejsy I2C, za pomocą których pokładowy mikrokontroler zestawy Eclypse Z7 dostosuje napięcia zasilające logikę karty do jej specyfikacji.

Ekspandery Zmod dla Eclypse Z7

Firma Digilent opracowała i produkuje dwie karty rozszerzeń w standardzie Zmod (ze złączami SYZYGY), są to przetworniki: ZmodADC1410 oraz ZmodDAC1411. Na fotografii 1 widać je zamontowane na płycie Eclypse Z7.

Fotografia 1. Zestaw Eclypse Z7 z zamontowanymi kartami rozszerzeń ZmodADC1410 oraz ZmodDAC1411

Przetwornik A/C (ZmodADC1410) ma rozdzielczość 14 bitów, co pozwala uzyskać maksymalną rozdzielczość na poziomie 0,13 mV przy zakresie napięć wejściowych ±1 V i 3,21 mV przy zakresie napięć wejściowych ±25 V. Ma dwa asymetryczne analogowe kanały wejściowe, każdy o paśmie do 70 MHz przy spadku amplitudy 3 dB i 30 MHz przy spadku 0,5 dB. Maksymalna częstotliwość próbkowania wynosi 100 MHz. Podobną charakterystykę ma przetwornik C/A (ZmodDAC1411): przy 14-bitowej rozdzielczości można uzyskać dyskretny krok zmiany napięcia wyjściowego wynoszący 167 μV, a maksymalna szybkość narastania napięcia wyjściowego wynosi 180 V/ms.

Impedancja wyjściowa każdego z dwóch kanałów konwersji wynosi 50 Ω, maksymalna częstotliwość próbkowania 100 MHz.

Parametry kart rozszerzających pozwalają używać je zarówno jako „proste” wejścia i wyjścia analogowe jak i używać w podstawowych aplikacjach SDR (Software Defined Radio), w czym pomagają także biblioteki przygotowane przez firmę Digilent.

Sprzęt dla programistów

Architektura układu FPGA użytego w zestawie Eclypse Z7 jest obsługiwana przez środowisko narzędziowe Vivado firmy Xilinx, które umożliwia m.in. implementacje projektów w rekonfigurowalnym sprzęcie za pomocą języków programowania (jak C++, C#). Firma Digilent we współpracy z producentem układu SoC dostarcza kompletny system operacyjny Petalinux, który ma wbudowane API pozwalające na wygodną komunikację programów z częścią sprzętową, implementowaną w FPGA. Dzięki temu podczas przygotowywania aplikacji zestawu Eclypse Z7 programiści nie muszą uczyć się języków opisu sprzętu (HDL), skupiając się wyłącznie na domenie software’owej i swojej aplikacji.

Komplet na biurku bez czekania

Zestaw Eclypse Z7 jest gotowy do użycia zaraz po rozpakowaniu. Poza płytą ewaluacyjną w jego skład wchodzą: wentylator wspomagający chłodzenie SoC, zasilacz oraz kable połączeniowe USB. Konstruktorzy zainteresowani użyciem kart rozszerzających Zmod mogą zamówić w pakiecie, także jeden z trzech wariantów zestawu – w zależności od potrzeb – z dwiema kartami ZmodDAC1411, z dwiema kartami ZmodADC1410 lub jedną kartą ZmodDAC1411 i jedną ZmodADC1410.

Artykuł ukazał się w
Maj 2020
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik lipiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje lipiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna lipiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów